Hardware Accelerator oder DSP wählen: Ein praktischer Leitfaden

In meinen ersten beiden Posts erklärte ich, warum Digital Signal Prozessoren (DSPs) zunehmend Custom Hardware Accelerators (HWAs) ersetzen. Dieser Artikel bietet einen konkreten Rahmen, um zu entscheiden, ob ein DSP oder HWA die richtige Wahl für Ihr nächstes Projekt ist.

DSPs glänzen in Applikationen, die schwere mathematische Arbeit erfordern – Modems, Audio, Radar für autonome Fahrzeuge und Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS). Sie können dieselben Signalverarbeitungsaufgaben ausführen, die ein dedizierter HWA würde, aber in Software. Das bringt zwei Schlüsselvorteile: größere Flexibilität zur Anpassung an sich entwickelnde Standards und die Fähigkeit, mehrere Accelerators auf einem einzelnen Prozessor zu bündeln, was Kosten und Siliziumfläche reduziert.

Betrachten Sie GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou. Ein hard-wired GPS HWA mag schnell sein, limitiert Sie aber auf eine Konstellation. Die gleichen Algorithmen auf einem DSP laufen zu lassen, lässt Sie alle vier Systeme unterstützen, ohne Hardware neu zu designen – einfach durch Firmware Update.

Wie schneidet ein DSP gegen einen Custom HWA in Sachen Performance ab? Lassen Sie uns ein gängiges Szenario durchgehen: Ein NB-IoT Gerät, das alle Physical-Layer Processing, L1 Control Code und Protocol Stack innerhalb eines 1 ms Subframes beenden muss. Bei 100 MHz hat der Prozessor 100.000 Zyklen zur Verfügung.

Um abzuschätzen, ob ein DSP dieses Deadline einhalten kann, partnerschaften Sie mit einem Embedded DSP Vendor, der bereits benchmarkte Software für Ihre Zielapplikation bereitstellt. Sie liefern eine Cycle-Count Kurve – jeder Punkt zeigt die benötigten Zyklen für eine gegebene Last, geplottet gegen die Peak-Zyklen, die bei Ihrer gewählten Frequenz erlaubt sind.

Diese Kurve lässt Sie sehen, ob Ihre Zielfrequenz genug Headroom lässt oder ob Sie den Takt erhöhen müssen, wobei höhere Frequenz Area und Power erhöht.

Power Estimation ist ebenso straightforward. Teilen Sie die Workload in Control Code (General-Purpose Logic) und DSP Code (parallele MAC Units, Vektor Operationen). Ein typischer Split ist 40 % Control, 60 % DSP. Wenn ein Vendor 2 mW für Control und 4 mW für DSP bei 100 MHz quotiert, und Ihr DSP bei 50 % durchschnittlicher Aktivität läuft, ist die durchschnittliche Power:

(0,4 × 2 mW + 0,6 × 4 mW) × 0,5 = 1,6 mW.

Mit diesen Schätzungen können Sie confidently bewerten, ob ein DSP Ihre Latenz- und Power-Ziele trifft. Wenn Sie ausreichend Headroom haben, können Sie mehr Funktionen auf den DSP migrieren oder Features wie Multi-Constellation GNSS hinzufügen. Wenn nicht, müssen Sie vielleicht die Frequenz erhöhen oder einen hybriden Ansatz in Betracht ziehen.

Kurz gesagt: Ein DSP bietet einen flexiblen, kosteneffektiven Pfad, der einen Custom Hardware Accelerator rivalisieren oder übertreffen kann, besonders wenn Future-Proofing und schnelle Feature-Updates Prioritäten sind.